Presion hidrostatica
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 21 de junio de 2020; las comprobaciones requieren 15 ediciones .La presión hidrostática es la presión de una columna de líquido por encima de un nivel convencional.
Debido a la completa movilidad de sus partículas, gotitas y líquidos gaseosos, estando en reposo, transmiten la presión por igual en todas las direcciones; esta presión actúa sobre cualquier parte del plano que limita el líquido, con una fuerza P proporcional al valor w de esta superficie, y dirigida a lo largo de la normal a ella. La relación P/w , es decir, la presión p sobre la superficie igual a uno, se denomina presión hidrostática [1] .
La simple ecuación P = pw puede servir para calcular con precisión la presión sobre una superficie dada de un recipiente, gases y líquidos que caen bajo tales condiciones que la parte de la presión, que depende del propio peso de los líquidos, es insignificante en comparación con la presión que se les transmite desde el exterior. Esto incluye casi todos los casos de presiones de gas y cálculos de presiones de agua en prensas y acumuladores hidráulicos [1] .
Cálculo
Todo fluido tiene presión debido a su propio peso ; desde entonces ; tenemos en cuenta que obtenemos la fórmula .
La densidad de un líquido depende de la temperatura del cuerpo. Para cálculos muy precisos, la densidad debe calcularse utilizando una fórmula especial. La presión a una profundidad dada es la misma en todas las direcciones. La presión total debida al peso de la columna de líquido ya la presión del pistón se denomina presión hidrostática [2] .
Para los cálculos cotidianos, se puede suponer que con un aumento de la profundidad por cada 10 metros de agua dulce, la presión aumenta en 0,1 MPa (1 atmósfera ).
Historial de descubrimientos
Esta propiedad básica de los líquidos fue descubierta y probada experimentalmente por Blaise Pascal en 1653, aunque Stevin ya la conocía un poco antes. Pero desafortunadamente Stevin no resultó ser tan grande y todo el descubrimiento se lo dio a Pascal
Unidad de medida
La unidad de presión en el sistema internacional de unidades es Pascal . En la práctica, la presión hidrostática suele medirse en atmósferas , tomando 1 atmósfera como una presión de 76 cmHg , a una temperatura de 0 °C con una aceleración normal de la gravedad de 9,80665 m/s² .
Basado en la paradoja hidrostática, la presión hidrostática también se puede medir por la altura de una columna de mercurio o agua capaz de producir la misma presión por unidad de superficie.
Propiedades
- La presión hidrostática en cualquier punto es la misma en todas las direcciones.
- La presión hidrostática de un líquido en profundidad con la fuerza de presión sobre la superficie libre es igual a ( ecuación básica de la hidrostática ) [3] .
Paradoja hidrostática
El cálculo se complica un poco más cuando es necesario conocer la presión que se ejerce sobre la parte no horizontal de la pared del recipiente debido a la gravedad del líquido vertido sobre ella. Aquí, la presión es causada por el peso de las columnas de líquido, que tienen la base de cada partícula infinitesimal de la superficie bajo consideración, y la altura es la distancia vertical desde cada partícula a la superficie libre del líquido. Estas distancias serán constantes sólo para las partes horizontales de las paredes y para franjas horizontales infinitamente estrechas tomadas en las paredes laterales; ellos solos se pueden aplicar directamente a la fórmula de presión hidrostática. Para paredes laterales, es necesario resumir, de acuerdo con las reglas del cálculo integral , la presión sobre todos los elementos horizontales de su superficie; como resultado, se obtiene una regla general: la presión de un líquido pesado sobre cualquier pared plana es igual al peso de una columna de este líquido, que tiene como base el área de esta pared, y la altura es la distancia vertical de su centro de gravedad a la superficie libre del líquido. Por lo tanto, la presión en el fondo del recipiente dependerá solo del tamaño de la superficie de este fondo, de la altura del nivel del líquido vertido en él y de su densidad, pero no dependerá de la forma del buque. Esta posición se conoce con el nombre de "paradoja hidrostática" y fue explicada por Pascal.
En efecto, a primera vista parece incorrecto, porque en recipientes con fondos iguales, llenos a la misma altura con el mismo líquido, su peso será muy diferente si las formas son diferentes. Pero el cálculo y la experimentación (realizados por primera vez por Pascal) muestran que en un recipiente que se expande hacia arriba, el peso del exceso de líquido es sostenido por las paredes laterales y transferido a la balanza a través de ellas, sin actuar sobre el fondo, pero en un Si el recipiente se estrecha hacia arriba, la presión hidrostática en las paredes laterales actúa de abajo hacia arriba y aligera la balanza exactamente tanto como pesaría la cantidad faltante de líquido.
Ley de Pascal
La presión hidrostática de un fluido de densidad constante en un campo gravitacional uniforme (= fluido incompresible ) obedece la ley de Pascal :
dónde:
– densidad [para agua dulce : ρ ≈ 1000 kg/m³] — aceleración de caída libre [para Europa: g ≈ 9,81 m/s²] – altura (aquí: líquido ) [m] - [Pa]
⇒ = presión hidrostática (p) depende de la altura (h) del fluido . [cuatro]
Notas
- ↑ 1 2 Lermantov, 1893 , pág. 655.
- ↑ Presión de la columna de líquido . Fórmulas y cálculos en línea: referencia de fórmula interactiva . Consultado el 2 de marzo de 2018. Archivado desde el original el 17 de octubre de 2017.
- ↑ Pashkov N. N., Dolgachev F. M. Hidráulica. Fundamentos de hidrología. - M., Energía, 1977. - Circulación 25.000 ejemplares. - Con. 17
- ↑ Lev Davydovich Landau , Evgeny Mikhailovich Lifshits : Física estadística. Parte I. pág. 70.
Literatura
- V. V. Lérmantov . Presión hidrostática // Diccionario Enciclopédico de Brockhaus y Efron : en 86 toneladas (82 toneladas y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1893. - T. VIIIa. - S. 655-656.
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